Результаты экспериментальных исследований применения информационной службы при управлении процессом перевозок зерна от комбайнов

Задача оптимизации состава и организационных форм использования уборочно-транспортного комплекса машин, являющегося основой процесса уборки зерновых, имеет большую актуальность в виду сжатых агросроков (10 дней) уборки и необходимости минимизации затрат на выполнение объемов работ.

Эффективное использование уборочной и транспортной техники обычно достигается путем разработки оперативных планов использования уборочной и транспортной техники на уборочную кампанию с составлением ежедневного сменносуточного плана [1].

Однако ввиду случайного характера протекания уборочного процесса даже в течение одной смены часто складывается ситуация весьма отличная от запланированной. Чтобы обеспечить оптимальную корректировку плана и осуществить управляющее воздействие, необходимо иметь информационные потоки об уборочнотранспортном процессе в реальном времени, а также систему их обработки и выработки управляющего воздействия [1, 2].

В качестве таковой может быть использована информационно-управляющая система (ИУС), включающая устройства сбора и передачи информации, установленные на уборочных и транспортных машинах, приемные и анализирующие устройства у координатора или лица, принимающего решения (ЛПР) с пакетом программ, обеспечивающих переработку поступающей информации и выдачу рекомендаций для управляющего решения.

Передача информации между уборочно-транспортным комплексом и приемно-накопительными устройствами может осуществляться различными средствами: системой «ГЛОНАС», через операторов мобильной связи, радиостанций и др. Сбор и формирование сигнала для передачи информации о состоянии машин УТК может осуществляться с помощью простейших электронных тахографов, снабженных устройствами передачи, на центр обработки информации и формирования рекомендаций.

Проверка применения элементов ИУС в условиях производства выполнялась в ТПК «Декар» Корсаковского района Орловской области (типичного для данного региона). Сравнивали работу уборочнотранспортного комплекса, состоящего из двух уборочно-транспортных групп, в каждой из которых имеется накопитель-перегружатель. При разгрузке зерна из бункеров комбайнов приоритет за автомобилями. Накопитель принимает зерно от комбайнов, когда на поле отсутствуют автомобили, и выгружает в автомобили при отсутствии на поле комбайна с заполненным бункером.

Эффективность применения ИУС определяли путем сравнения традиционной схемы, когда перевозки выполнялись в соответствии с оперативным планом работы, составленным в предшествующий день, и с применением элементов ИУС.

При осуществлении схемы перевозок с использованием перегрузочных техноло- гий, когда одновременно работают две группы комбайнов на разных полях, могут возникать простои из-за того, что накопитель уже заполнен, а автомобили еще не появились на поле [3]. В таком случае необходимо координировать работу транспорта таким образом, чтобы при необходимости можно было вызвать свободный автомобиль из параллельно работающей группы либо выполняющий сопутствующие работы (например, на току).

Работая по схеме с ИУС, водители автомобилей и комбайнеры передают оперативную информацию координатору ИУС, который в свою очередь при необходимости корректирует ранее составленный оперативный план перевозок на данный момент времени. При возникновении ситуации, упомянутой в первом случае, он имеет возможность направить к простаивающему накопителю или комбайну свободный автомобиль из второй группы или автомобиль, выполняющий сопутствующие работы.

В связи с отсутствием специальных технических устройств передачи информации от комбайнов и автомобилей, данные передавались с помощью мобильных телефонов от водителей и комбайнеров на диспетчерский пункт, оснащенный компьютером с пакетом программ для обработки информации. Диспетчер заносил в базу данных компьютера поступающую информацию.

В процессе работы информация о работе УТК накапливалась в базе данных и при первых признаках сбоев, на основе полученных данных на имитационной модели, определялись уточненные характеристики состава комплекса, которые и служили данными для выработки управляющего воздействия.

Информация, поступающая на компьютер, трансформировалась таким образом, что потоки бункеров, характеризующиеся ритмом работы комбайнов R, и потоки автомобилей, характеризующиеся интервалом прибытия автомобилей на поле I, прибывающих на поле под загрузку, обрабатывались, и производилось сравнение R и I планируемые с R и I, текущими. При наличии отклонений производился перерасчет количества транспортных средств в соответствии с текущей потребностью.

Организационно-технологические условия испытаний приведены в таблице 1.

Эксперимент проводили в течение половины срока уборки основной массы зерновых в хозяйстве. Вторая часть исследований была использована для проведения хронометражных наблюдений работы уборочно-транспортного комплекса по традиционной схеме.

При проведении полевых испытаний предлагаемых схем перевозок хронометрировались следующие элементы процесса: подготовка агрегатов к работе, цикл работы комбайнов, время заполнения и разгрузки накопителя; рассчитывались средние скорости движения груженого и порожнего автомобиля. Путем статистиче- ской обработки полученных выборок получены статистические характеристики и законы распределения случайных величин.

Полученные характеристики случайных величин и законов их распределения представлены в таблице 2.

Для сравнения схем перевозок разработаны имитационные модели [4], которые позволяют определить границы эффективности традиционной и предлагаемой схемы.

Модели позволяют провести статистические испытания схемы перевозок с накопителем-перегружателем и схемы с элементами информационной службы, варьируя внешние условия и при различном количественном и марочном составе уборочно-транспортного комплекса.

Таблица 1

Условия проведения полевых испытаний и состав УТК с использованием ИУС на уборке зерновых в ТПК «Декар» Корсаковского района Орловской области

Наименование параметра		Единицы изменения	Значение параметра
Расстояние перевозок		км	6–23
Убираемая культура		–	пшеница
Средняя урожайность зерновых		т/га	3
Удельная масса (плотность) зерна		кг/м3	750
Влажность зерна		%	15
Технология уборки зерна		–	Прямое комбайнирование
Комбайн	Тип	–	Бункерный
	Модель	–	Дон-1500 Б
	Количество	шт.	3/3
Автомобиль	Тип	–	самосвал
	Модель	–	КАМАЗ 45193
	Количество	шт.	4
Накопитель	Модель	–	METALTECH-PP 14
	Количество	шт.	2
	Объем	м3	18

Таблица 2

Характеристики случайных величин

Наименование случайной величины	Единица измерения	Математическое ожидание	Средне-квадратическое отклонение	χ2	p	Закон распределения
Подготовка агрегатов к работе	час	0,160	0,02	1,15	0,54	Экспоненциальный
Средняя скорость движения порожнего автомобиля	км/ч	52,252	18,2	0,35	0,59	Вейбулла
Средняя скорость движения груженого автомобиля	км/ч	44,691	14,0	0,35	0,54	Вейбулла
Время загрузки комбайна	час	0,472	0,113	1,15	0,50	Вейбулла
Время разгрузки комбайна	час	0,057	0,017	2,17	0,43	Вейбулла
Время разгрузки автомобиля	час	0,221	0,076	1,15	0,60	Вейбулла
Время загрузки накопителя	час	0,057	0,113	1,15	0,50	Вейбулла
Время разгрузки накопителя	час	0,067	0,062	0,71	0,51	Экспоненциальный

Модели предусматривают работу комплекса с использованием гистограмм распределения случайных величин или теоретических законов их распределения. В качестве фрагментов приведены данные, полученные в реальном времени (рис. 1–4).

Histogram of Failure Times

Ск_Порож; Censoring: none N=170

Parameters: Location=0,0000 Shape=9,9080 Scale=52,252

Рис. 1. Определение закона распределения для скорости движения порожнего автомобиля

Histogram of Failure Times

Ск_Груж; Censoring: none N=170

Parameters: Location=0,0000 Shape=8,0827 Scale=44,6908

Рис. 2. Определение закона распределения для скорости движения груженого автомобиля

Histogram of Failure Times

Разгр комб; Censoring: none N=170 Parameters: Location=0,0000 Shape=19,102 Scale=,05776

Рис. 3. Определение закона распределения для времени разгрузки комбайна

Histogram of Failure Times

Разгр авт; Censoring: none N=52

Parameters: Location=0,0000 Shape=1,9802 Scale=,22173

Рис. 4. Определение закона распределения для времени разгрузки автомобиля

По данным полевых испытаний проведены сравнительные расчеты эффективности уборочно-транспортных комплексов, работающих по предлагаемой и традиционной схемам перевозок [5]. В качестве критериев эффективности приняты производительность комбайнов и транспортных машин, коэффициенты их простоя.

Результаты сравнения приведены в таблице 3.

Таблица 3

Критерий сравнения схем перевозок	Традиционная	Схема с ИУС
Количество автомобилей, шт.	6	4
Количество комбайнов, шт.	6	6
Количество накопителей, шт.	2	2
Производительность автомобиля, т/ч	6,7	12,3
Производительность комбайна, т/ч	6,7	8,2
Коэффициент простоя автомобилей	0,240	0,090
Коэффициент простоя комбайнов	0,22	0,010
Производительность комплекса, т/ч	40,2	49,2

Сравнение комбинированной и прямой схемы перевозок по результатам полевых испытаний

По результатам сравнительных полевых испытаний можно сделать вывод, что применение схемы с ИУС позволяет повысить сменную часовую производительность автомобилей на 88,9%, производительность комбайна – на 22,4%, производительность комплекса – на 22,4%.

Полученные экспериментальные данные были использованы для проверки адекватности разработанных имитацион- ных моделей. Отклонения результатов не превышают 10%. Для условий, принятых в эксперименте, согласно данным, полученным на модели, при сравнительно невысоких затратах на процесс управления и составе комплекса из 6-ти комбайнов, 4-х автомобилей, и 2-х накопителей была достигнута производительность комплекса 49,2 т/ч.